Bài giảng Chi tiết máy - Chương 3: Truyền động cơ khí (Chi tiết máy truyền động) - Phạm Minh Hải

12/09/2016
1
TS. Phạm Minh Hải
BÀI GIẢNG HỌC PHẦN ME3090 CHI TIẾT MÁY
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY & ROBOT 
thietkemay.edu.vn
Truyền động cơ khí
(Chi tiết máy truyền động)
Truyền động cơ khí là gì?
ME3090 Truyền động đai 2
- Quay liên tục
(*)
- Tịnh tiến
- Liên tục (*) / 
Được điều khiển
- T nhỏ + n cao
- T ↑↓ n 
- T ↑↑m,L,d
- T ↑↑ $$
- Quay (*)
- Tịnh tiến
- Liên tục/Gián
đoạn/theo quy
luật phức tạp
- T (F) lớn (*)
- n (V) thấp
(*) dạng phổ biến
Truyền chuyển động
Truyền lực
Khuếch đại lực/mômen
Truyền động cơ khí
Bộ phận công tácĐộng cơ Cơ cấu
Truyền/biến đổi CĐ
Dòng năng lượng trong máy
Truyền động cơ khí thông dụng
Loại truyền
động Gián tiếp Trực tiếp
MA SÁT
Truyền động Đai
- Đai dẹt
- Đai thang
- Đai răng (*)
Truyền động Bánh ma sát
(hệ thường/hành tinh)
ĂN KHỚP
Truyền động Xích
- Xích kéo (tải)
- Xích trục
- Xích truyền động
- Truyền động Bánh răng trụ
- Truyền động Bánh răng côn
- Truyền động Trục vít –
bánh vít
(hệ thường/hành tinh)
ME3090 Truyền động đai 3
Chú ý: 
- Phân loại mang tính tương đối
- Cơ cấu Vít-đai ốc (Quay↔Tịnh tiến) cũng được xếp
vào cơ cấu có thể dùng để “truyền động”
ME3090 Truyền động đai 4
12/09/2016
2
Các thông số đặc trưng
1. Công suất: P1(trục dẫn), P2(trục bị dẫn) [kW]
2. Hiệu suất: η = P2/P1
3. Tốc độ của các trục: n1 , n2 [vòng/phút]
4. Tỉ số truyền: u = n1/n2
5. Mô-men xoắn trên các trục: T1 , T2 [N.mm]
T = 9,55×106 P/n
ME3090 Truyền động đai 5 ME3090 Truyền động đai 6
Truyền động đai
7
NỘI DUNG
1. Khái niệm
2. Cơ sở thiết kế bộ truyền đai
3. Tính toán, thiết kế bộ truyền đai
ME3090 Truyền động đai ME3090 Truyền động đai 8
1. Khái niệm
Bánh dẫn
Bánh bị dẫn
Đai
Bánh dẫn Đai Bánh bị dẫn
ma sátma sát
12/09/2016
3
9
a) Đai dẹt (flat belt)
ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.1 Phân loại
Dây đai
Bánh đai
ME3090 Truyền động đai 10
Cách mắc đai dẹt
11ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.1 Phân loại
b) Đai tròn (round belt)
12
Đai hình lược
(Banded V belt)
ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.1 Phân loại
c) Đai (hình) thang
(V belt)
Đai thang hai mặt
(Double angle V belt)
12/09/2016
4
13
d) Đai răng (timing belt) 
ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.1 Phân loại
14ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.3 Vật liệu

 Tính chất
 Bán đàn hồi (quasi-elastic)
 Ma-sát tốt (với bánh đai) 
 Chịu mài mòn tốt

 Vật liệu
 Cốt chịu kéo
− Sợi bông
− Sợi tổng hợp
− Thép 
 Nền tạo độ đàn hồi và độ bám: 
− cao su tổng hợp Neoprene, Polyurethane
Application Conveying Lifting
F8 F12 FL8 FL12 F13 F19
Nominal 
Thickness
inch 0.08 0.125 0.08 0.12 0.13 0.19
metric 2.0 3.0 2.0 3.0 3.2 4.8
Cord Steel Kevlar Hi-Flex Steel Steel Kevlar
Hi-Flex 
Steel Steel
Hi-Flex 
Steel Steel
Hi-Flex 
Steel Steel Steel
Ultimate Tensile 
Strength per Inch 
or 25mm Belt 
Width
lbf/in 1605 1818 2370 1605 1818 2370 3204 2917 5445 6059 7554 10117
N/25 
mm
7140 8085 10540 7140 8085 10540 14250 12975 24220 26950 33600 45000
Max Allowable Belt 
Tension per Inch or 
25mm Belt Width
Open 
Ended
lbf/in 436 243 658 436 243 658 854 971 1338 1427 1999 3008
N/25 
mm
1939 1080 2925 1939 1080 2925 3800 4320 5953 6349 8892 13378
Welded
lbf/in 218 121 329 218 121 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/25 
mm
969 540 1463 969 540 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
Specific Belt 
Weight
lbf/ft/in 0.057 0.045 0.057 0.078 0.066 0.080 0.073 0.060 0.113 0.113 0.137 0.183
kgf/m 
/cm 0.033 0.026 0.0033 0.046 0.039 0.047 0.043 0.035 0.066 0.066 0.080 0.107
Specific Belt 
Stiffness (Open 
Ended)
lbf/in 10900060700 133620 10900060700 133620 213600 197350 334600 290030 406240 611160
N/mm 19085 10635 23400 19085 10635 23400 37410 34560 58600 50790 71140 107025
Min. Pulley 
Diameter in 1.8 1.8 1.5 2.4 2.4 2.0 1.9 1.5 3.1 2.5 6.3 5.9
mm 45 45 38 60 60 50 48 38 80 64 160 150
Min. Dia. of 
Tensioning Idler 
Running on Back 
of Belt
in 2.7 2.7 2.2 4.7 4.7 4.1 2.8 2.2 4.7 3.8 6.3 8.9
mm 68 68 57 120 120 105 72 57 120 96 160 225
Standard Material PU PU PU PU PU PU PU PU PU PU PU PU
Standard 
Colors (BK=Blac
k, N=Natural)
N N BK N N BK N BK BK BK BK BK
Max. Width in 4 4 6 4 4 6 4 6 4 6 6 6
mm 100 100 150 100 100 150 100 150 100 150 150 150
Min. Welded Belt 
Length
in 19 19 38 20 20 20 N/A N/A N/A N/A N/A N/A
mm 483 483 960 508 508 508 N/A N/A N/A N/A N/A N/A
Standard Roll 
Length
ft 200 200 328 200 200 328 200 328 200 328 164 164
m 61 61 100 61 61 100 61 100 61 100 50 50
Width Tolerance up to 2" +/- .020"
>2" +/- .030"
ME3090 Truyền động đai 15
16ME3090 Truyền động đai
Đai dẹt
1. Khái niệm
1.3 Kết cấu đai
δChiều dày
Chiều rộng
b, δ : được tiêu chuẩn hóa
ϕ
b
h
b x h x L : tiêu chuẩn hóa
ϕ=34,36,38,40o: góc chêm
Đai thang
12/09/2016
5
ME3090 Truyền động đai 17
Tham khảo thêm 
ME3090 Truyền động đai 18
1. Khái niệm
1.4 Vật liệu và kết cấu bánh đai
Bánh đai cho đai dẹt Bánh đai cho đai thang
Vật liệu: Gang / Thép, Nhôm (Hợp kim), Chất dẻo
Kết cấu:
Giữ đai
19
Ưu điểm
+ Có thể truyền động giữa
các trục xa nhau
+ Êm
+ Khi quá tải có thể trượt
trơn -> an toàn
+ Dễ chế tạo
+ Giá thành thấp
ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
1.5 Ưu / nhược điểm
Nhược điểm
− Cồng kềnh
− Tỷ số truyền không ổn định, 
phụ thuộc tải
− Lực tác dụng lên trục lớn
− Tuổi thọ thấp
20
1.6. Thông số hình học
ME3090 Truyền động đai
1. Khái niệm
a4
)dd(
2
)dd(
a2L
2
1221 −+
+pi
+≈








−−


 +pi
−+
+pi
−≈
2
12
2
2121 )dd(2
2
)dd(L
2
)dd(L
4
1
a
• Góc ôm: α1, α2
• Chiều dài đai
• Khoảng cách trục
• d1, d2 - đường kính tính toán
β
d1
d2
α1
α2
Mặt
phẳng
ngang
• β - góc nghiêng của bộ truyền
12/09/2016
6
21ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.1 Lực tác dụng lên đai
a
d1
d2
α
1
α 2
F0
0F

lực căng đai ban đầuKhi chưa làm việc:
ME3090 Truyền động đai 22
Các phương pháp căng đai
23
3. Cơ học truyền động đai
3.1 Lực tác dụng lên đai
ME3090 Truyền động đai
1T
2F
F1
d1
( ) 11 2 12
dF F T− =
Phương trình cân bằng mô men:
Nhánh căng
Nhánh chùng
Khi làm việc: Có mô-men dẫn T1 trên bánh nhỏ
21 FF >
Lực vòng
1
1 2
1
2
t t
TF F F F
d
= ⇒ = −
α 0
1T
2F
F1
α
1
d1
dα
dR
α F
F+dF
dα/2
dR
dα
dα/2
dN + dQ
dFms
dFms ≅ dF = f.dN
dN + dQ ≅ F.dα
dQ = qmv2 dα
dF = f.(F-Fv )dα
Với Fv = qmv2
Biến thiên lực căng trên cung ôm
f – hệ số ma-sát giữa đai và bánh đai
v – vận tốc vòng của đai (m/s)
qm – khối lượng của 1m đai (kg) 
dF/ (F-Fv ) = fdα
12/09/2016
7
25
3. Cơ học truyền động đai
3.1 Lực tác dụng lên đai
1
21
αf
eFF =
ME3090 Truyền động đai
Khi bỏ qua lực quán tính li tâm
(PT Ơ-le cho dây mềm)
1T
2F
F1
d1
1)()( 21 αfvv eFFFF −=−
26ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.1 Lực tác dụng lên đai
F0 ε0dãn dài
F1 ε1dãn dài
F2 ε2dãn dài
→ 2F0 = F1 + F2
2ε0 = ε1 + ε2
Giả thiết
Đàn hồi tuyến tính
27
vt FFF +
−
=
11 λ
λ
vt FFF +
−
=
1
1
2 λ
1
1)(2 0 +
−
−= λ
λ
vt FFF
1αλ fe=
ME3090 Truyền động đai
2F0 = F1 + F2
21 FFFt −=
λ)()( 21 vv FFFF −=−
tFFF 2
1
01 +=
0
10,5
1 t v
F F Fλλ
+
= +
−
Khả năng kéo Lực căng ban đầu Lực tác dụng lên trục
12 sin( / 2)r oF F α≈
28
Ứng suất căng ban đầu
Ứng suất kéo trên nhánh chủ động (nhánh căng)
Ứng suất kéo trên nhánh bị động (nhánh chùng)
Ứng suất uốn (khi đai vòng qua bánh đai)
A
F0
0 =σ
vt
vt
A
F
A
F
A
F
σσλ
λ
λ
λ
σ +
−
=+
−
==
11
1
1
vt
vt
A
F
A
F
A
F
σσλλσ +−=+−== 1
1
1
12
2
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.2 Ứng suất trong đai
A: diện tích tiết diện đai
 E
du
δ
σ ≈
12/09/2016
8
29
Biểu đồ ứng suất trong đai 1
11max
1 uvt
u
σσσλ
λ
σσσ
++
−
=+=
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.2 Ứng suất trong đai
σu1
σ2
σmin
σv
σ1σmax σu2 30
Nhận xét:

 Ứng suất trong đai thay đổi → đai hỏng vì mỏi

 Để tăng tuổi thọ của đai:
 Giảm σmax: tăng d1
 Giảm tần số thay đổi ứng suất: tăng a, L
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.2 Ứng suất trong đai
31
a. Trượt đàn hồi
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.3 Hiện tượng trượt
σu1
σ2
σmin
σv
σ1σmax σu2
Đ
ộ
d
ã
n
c
ủ
a
đ
a
i
g
i
ả
m
d
ầ
n
32
Tỷ số truyền u và hệ số trượt ξ
11
22
1
21 1
nd
nd
v
vv
−=
−
=ξ )1(1
2
2
1
ξ−== d
d
n
n
u
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.3 Hiện tượng trượt
 Trượt đàn hồi phụ thuộc Ft , Ft càng lớn, trượt càng tăng. 
 Trượt đàn hồi không thể loại bỏ được.
a. Trượt đàn hồi
12/09/2016
9
33
b. Trượt trơn
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.3 Hiện tượng trượt
Ft > FmsLý thuyết
Thực tế: khi nào xảy ra trượt trơn? 
34
Thí nghiệm
- nằm ngang
- u =1 (góc ôm = 180o)
- tự động căng đai
- v = 10m/s
Thay đổi Ft  xác định được ψ
- đo vận tốc trên bánh 2  v2  ε
- đo công suất trên bánh 2  P2  η
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.3 Hiện tượng trượt
c. Đường cong trượt và hiệu suất
ε
ψψ0
η
Truî t ®µn håi
Truî t ®µn håi + Truî t tr¬n
ψmax
trượt trơn
hoàn toàn
ượt đàn hồi
Trượt trơn từng phần
35
7,04,0 −=oψ



−
−
=
97.092,0
98.097,0
maxη
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.3 Hiện tượng trượt
c. Đường cong trượt và hiệu suất
Đai dẹt
Đai thang
5,115,1/max −=oψψ
00 22 σ
σψ tt
F
F
==
1
2
P
P
=η
Hệ số kéo
Hiệu suất
hệ số kéo tới hạn
36
 Tỷ số truyền u thay đổi
 Mòn đai
 Nóng đai
 Tổn hao công suất
-> Nên cho đai làm việc với tải trọng thích
hợp
ME3090 Truyền động đai
3. Cơ học truyền động đai
3.4 Ảnh hưởng của hiện tượng trượt
12/09/2016
10
37
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
ME3090 Truyền động đai
Chỉ tiêu tính toán?
Vật liệu
δ, b, L / A, L
d1, d2
a
Fo
Ftrục
Kết quả bài toán thiết kếDữ kiện
P
n1
u 
Điều kiện làm
việc, Yêu cầu kỹ
thuật
38
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
• Khả năng kéo: đai làm việc không xảy ra
trượt trơn
ME3090 Truyền động đai
4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai
0
0
t
2
ψ≤
σ
σ
=ψ 002 ψσσ ≤t
• Tuổi thọ (độ bền lâu): đai hỏng do mỏi
sau một số chu kỳ chịu tải xác định.






−−
−≤ 1/1
*1
uvm
c
t N
C
σσλ
λ
σ
m
cN
C
/1
*
max ≤σ
u
b
hc k
x
L
v
tN 3600=
39
][
A
đ
t
t
t
KF
σσ ≤=
ME3090 Truyền động đai
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
4.1. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai
40
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo
ME3090 Truyền động đai
Cα - hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm α1
Cα = 1 - 0.003(180 - α1)
Cv - hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc vòng
Cv = 1 – kv(0.01v2 -1)
kv= 0.04 (đai sợi tổng hợp); 0.01(các loại vật liệu khác)
C = CαCvCb
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
Cb - hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ truyền so với
phương ngang và cách căng đai. 
Ứng suất cho phép
Xác định bằng thí nghiệm0].[][ tt C σσ =
12/09/2016
11
41
Cb - hệ số kể đến ảnh hưởng của vị trí bộ
truyền so với phương ngang và cách căng
đai. 
Tính theo góc nghiêng β
β ≤ 60o Cb = 1
60o < β ≤ 80o Cb = 0.9
80o ≤ β < 90o Cb = 0.8
Nếu có bộ phận tự động căng đai Cb = 1.
ME3090 Truyền động đai
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
42
4.2. Tính đai dẹt theo khả năng kéo
Tính tiết diện đai
Kđ - hệ số tải trọng động
Chọn δ theo d1
(chọn theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất)
][ t
đtKFbA
σ
δ ≥=
40
1
30
1
1
÷=
d
δ
][ t
đtKFb
σδ≥
ME3090 Truyền động đai
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
43
4.3. Tính đai thang theo khả năng kéo
A1 - diện tích tiết diện đai đã chọn
x - số đai
[Ft] = A1[σt] - lực vòng cho phép đối với 1 đai
[Ft] v = [P] - công suất cho phép của 1 đai
Ft v = P - công suất cần truyền
][
A.x
F
t
1
t
t σ≤=σ
][][][][1 P
PK
Fv
KvF
F
KF
A
KF
x đ
t
đt
t
đt
t
đt
===≥
σ
ME3090 Truyền động đai
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
44
4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI
Số đai x
[P] được xác định từ các thí nghiệm của đai
về khả năng kéo.
]P[
PK
x đ≥
ME3090 Truyền động đai
4.3. Tính đai thang theo khả năng kéo
12/09/2016
12
45ME3090 Truyền động đai
5. Trình tự thiết kế bộ truyền đai
5.1 Đai dẹt

 Trình tự: Xem các tài liệu [1,2]
1. Chọn vật liệu (phạm vi sử dụng / yêu cầu kỹ thuật)
2. Xác định các thông số của bộ truyền (yêu cầu động học, tuổi
thọ)
 Chọn d1 theo tiêu chuẩn (căn cứ T1)
 Dựa vào d1, u và HST, chọn d2 theo tiêu chuẩn
 Tính chiều dài đai và khoảng cách trục
 Kiểm tra góc ôm, số vòng chạy của đai trong 1s
3. Xác định tiết diện đai và chiều rộng bánh đai
 P, v -> Ft 
 Chọn chiều dày (đ/k uốn, loại đai)
 Xác định ứng suất có ích cho phép
 Tính/chọn chiều rộng tiêu chuẩn
4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
46ME3090 Truyền động đai
5. Trình tự thiết kế bộ truyền đai
5.1 Đai dẹt

 Các công thức đáng nhớ
α1 ≥ αmin = 150o
i = v/l ≤ imax = 3...5
40
1
30
1
1
÷=
d
δ
][ t
đtKFbA
σ
δ ≥= ][ t
đtKFb
σδ≥
3
11
3
1
1
1
)4.62,5(
)13001100(
Td
n
Pd
÷=
÷=
Cách xác định Cα,Cv, Cb
47ME3090 Truyền động đai
5. Trình tự thiết kế bộ truyền đai
5.2 Đai thang

 Trình tự: Xem các tài liệu [1,2]
1. Chọn tiết diện đai (công suất, tốc độ)
2. Xác định các thông số của bộ truyền (yêu cầu động học, tuổi
thọ)
 Chọn d1 theo tiêu chuẩn (tiết diện)
 Dựa vào d1, u và HST, chọn d2 theo tiêu chuẩn
 Tính chiều dài đai (tiêu chuẩn) và khoảng cách trục
 Kiểm tra góc ôm, số vòng chạy của đai trong 1s
3. Xác định số đai
 Tính công suất tính toán và công suất cho phép của 1 đai
 Tính số đai
4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
48ME3090 Truyền động đai
5. Trình tự thiết kế bộ truyền đai
5.2 Đai thang

 Trình tự: Xem các tài liệu [1,2]

 Các công thức đáng nhớ
α1 ≥ αmin = 120o i = v/l ≤ imax = 10
]P[
PK
x đ≥
02.11 khi 0
)
9550
(][
1
11
0
−==∆
∆
+=
uT
nTCCPP Lα [TLTK 1]
zuL CCCCPP α0][ = [TLTK 2]Hoặc
12/09/2016
13
ME3090 Truyền động đai 49 ME3090 Truyền động đai 50
1. Nguyễn Trọng Hiệp
Chi tiết máy, Tập 1-2 
2. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển
Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Tập 1-2